A INFLUÊNCIA DO PRECURSOR NÍQUEL NA SÍNTESE DE MATERIAIS
NANOMÉTRICOS DE NiO USANDO O MÉTODO HIDROTERMAL
Kerlane Alves Fernandes1*, Edson Cavalcante da Silva Filho1, Sergio
Henrique Leal1, Luiz de Sousa Santos Junior1, Valdemir dos Santos2 e José
Milton Elias de Matos1
1
Universidade Federal do Piauí, Departamento de Química, Campus
Ministro Petrônio Portela, Teresina, Piauí
Universidade Federal de São Carlos, Departamento de Química, Rod.
Washinngton Luiz, São Carlos, São Paulo
*[email protected]
INTRODUÇÃO
Ao longo dos últimos anos, materiais nanocristalinos têm sido intensamente
estudados devidos às suas propriedades físicas e químicas. Estas propriedades
possuem grandes potenciais de aplicações. Dentre estes materiais nanocritalinos
temos o TiO2, ZrO2, WO3, NiO dentre outros [1,2].
Oxido de níquel (NiO) é um material semicondutor e antiferromagnético. O NiO
tem recebido considerável atenção devido às suas potenciais aplicações em diversos
campos, como na catálise, cátodos de baterias, sensores de gás, filmes
eletrocrômicos, materiais magnéticos e eletrodos de células de combustível [3,4].
Nanocristais de NiO com várias formas (incluindo nanofolhas, nanoparticulas,
nanofibras, nanofios, nanotubos e nanoáneis) foram recentemente sintetizados com
sucesso, mediante diferentes métodos [5].
Nesse estudo, nanoparticulas de NiO são obtidas pelo método hidrotermal, na
presença de peróxido de hidrogênio e de água como solvente, usando uma estufa,
que foi mantido a uma temperatura constante (130 °C) por 48h. Também, foi
investigado como os parâmetros experimentais influenciam as propriedades físicas
das partículas. Neste trabalho, usou-se técnicas de caracterização como BET, FESEM e DRX.
EXPERIMENTAL
O método hidrotermal foi utilizado para preparar o oxido de níquel. Os
reagentes utilizados foram: acetato de níquel (Ni(C2H3O2)2).4H2O e nitrato de níquel
(Ni(NO3)2).6 H2O. Os sais de níquel foram dissolvidos em água deionizada, e H2O2 (30
%) foi adicionado na proporção de 15:1 em mol de H2O2/Ni . Esta solução foi colocada
em um frasco autoclave rosqueavel. O frasco foi então colocado em uma estufa e
submetido a uma temperatura constante (130°C) por 48h. Posteriormente, a solução
verde foi seca a 100 ºC, e o Ni(OH)2 resultante foi convertido em NiO por calcinação a
300°C por 2h.
As fases cristalinas do NiO foram caracterizadas por difração de raios-X em um
difratômetro Rigaku D-Max 2500, utilizando radiação CuKα intervalo de 2θ variando de
10o a 75o. Seu tamanho e morfologia foram investigados com o auxilio da microscopia
eletrônica de varredura (FE-SEM). A distribuição do tamanho das partículas foi
estimada com base nas medições das imagens de SEM de pelo menos 20 partículas.
As amostras foram preparadas em grades de cobre recoberto de carbono.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
A Figura 1 ilustra os padrões de DRX das amostras preparadas por calcinação
a 300ºC. Os difratogramas que foram obtidos demonstram que todas as amostras
podem ser perfeitamente indexadas à estrutura cúbica do NiO cristalino e que não há
impurezas no pó, o que demonstra que só existe NiO. O pó obtido a partir de ambos
os precursores tem a mesma estrutura (Fig. 1), mais o perfil cristalográfico do NiO
obtido a partir do acetato de níquel (Fig. 1a) sugere que o tamanho do cristalino seja
220
111
200
menor do que no do sal de nitrato (Fig. 1b).
b
a
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75
2θ (Graus)
Fig.1. Difratogramas de NiO obtido a partir de acetato de níquel (a) e nitrato de níquel
(b) após a calcinação a 300 °C por 2 h.
O NiO calcinado a 300°C obtido tanto a partir do acetato de níquel como do
nitrato de níquel possuem partículas irregularmente dispersas e uma grande
quantidade de cristais com faixas de tamanho entre 10 e 90 nm. Também foram
encontrados cristais com morfologia de nanofios de até 280 nm de comprimento para
o NiO obtido a partir do nitrato de níquel (Figs. 2 e 3).
Fig. 2. TEM das amostras de NiO obtidas a partir de acetato de níquel, após calcinação
a 300 °C. Fig. 3. TEM das amostras de NiO obtidas a partir de nitrato de níquel, após calcinação
a 300 °C.
Notavelmente, o diâmetro médio dessas varas é de cerca de 15nm (NiO obtido
a partir de acetato de níquel) e 25nm (NiO obtido a partir de nitrato de níquel), que é
abaixo do tamanho de estabilidade para a fase cúbica.
Com base nestes resultados pôde ser visto que o precursor de níquel tem uma
grande influência sobre a forma estrutural de cristais de NiO.
O NiO obtido a partir do acetato de níquel (II) é mais cristalino do que o obtido
apartir do nitrato. Portanto, apolaridade do acetato de níquel é maior do que o nitrato
de níquel. A polaridade de uma molécula serve como uma estimativa aproximada de
sua solubilidade em um solvente com polaridade diferente, neste caso, o acetato de
níquel foi mais solúvel que o nitrato
Desta forma, usando sais de níquel (acetato ou nitrato) como precursores na
presença de H2O2 rendeu as partículas de NiO cristalino. Partículas de NiO obtidas
neste estudo, foram maiores do que NiO obtidos de outros sais de níquel tais como
Ni(NO3)2, NiCl2 e NiSO4 e na presença de NaOH ou KOH. O tamanho do cristal do NiO
pode ser aumentado com a temperatura de calcinação. Neste estudo, H2O2 foi
encontrado para ser o reagente mais adequado para a síntese de óxido de níquel, pois
produziu a maioria das partículas de tamanho uniforme.
CONCLUSÃO
Nanocristais de NiO foram preparados com sucesso usando o método
hidrotermal a baixas temperaturas de reação e de calcinação. O tipo de matéria-prima
tem uma forte influência sobre a formação de hidróxidos. Quanto maior a polaridade
das matérias-primas e maior velocidade de reação, resulta em uma maior velocidade
de formação de Ni(OH)2. Apesar de não ser investigado neste trabalho, a temperatura
e
o
tempo
também
influenciam
na
formação
do
produto
final.
Portanto, essa técnica pode ser expandida para fornecer uma estratégia geral, simples
e conveniente para a síntese de nanoestruturas de outros materiais funcionais com
importantes aplicações científicas e tecnológicas.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] P. V. Kamat, Chem. Rev. 93 (1993) 267.
[2] K. J. Kjabunde, J. Stark, O. Koper, C. Mohs, G. P. Dong, S. Decker, Y. Jiang, I.
Lagadic, D. Zhang, J. Phys. Chem. 100 (1996) 12142.
[3] D. Leevin, J. Y. Ying, Stud. Surf. Sci. Catal. 110 (1997) 367.
[4] H. X. Yang, Q. F. Dong, X. H. Hu, J. Power Sources 79 (1999) 39.
[5] Z. H. Liang, Y. J. Zhu, X. L. Hu , J. Phys. Chem. B 108 (2004) 3488.